110 kV 手拉手接线模式自愈系统应用解析

2020-11-20邹冰冰

上海节能 2020年10期

邹冰冰

国网上海奉贤供电公司

0 引言

110 kV 直变10 kV 变电站的主要职责是将110 kV高压通过变压器后输出10 kV电压直接输送给用户,以保证用户用电的可靠性、稳定性和安全性。随着110 kV 直变10 kV 变电站的普及,电源进线110 kV 手拉手接线模式也成为主流接线方式。但110 kV线路运行过程中存在一些故障,影响了线路的可靠性。为此,引入自愈系统对提高线路的可靠性具有十分重要的意义。

1 110 kV手拉手接线模式

110 kV 手拉手接线模式见图1 所示：两侧为220 kV电源站A和B,中间为3个110 kV变电站C、D、E。变电站运行电源既可由220 kV电源站A和B同时供给，也可由A或B分别供给，运行方式的多样性为自愈系统的应用提供了先决条件。

2 自愈系统工作原理

如图2 所示以手拉手接线串供多个110 kV 变电站为例，当串供回路发生故障时，自愈系统能根据实时获取的区域电网全景信息自动识别判断，跳开紧邻故障点的失电站的原主供电源开关，合上串供回路原处于开环点的开关，由另一侧电源站对所有失电站供电。如正常运行时开环点为E2开关，由220 kV电源站A给110 kV站C、D、E供电，当K1故障时，自愈系统跳开C1开关，合上E2开关，变成由220 kV电源站B给110 kV站C、D、E供电；同样，当K2故障时，自愈系统跳开D1开关，合上E2开关，由220 kV站B给110 kV站D、E供电。

故自愈系统能够：

1）根据手拉手接线串供变电站的运行方式，自动识别出处于开环点的开关。

2）以开环点开关为基本点，设置该运行方式下不同故障点自愈系统动作逻辑，即开环点不同，自愈系统动作逻辑也不同。

3）正常运行时，若手拉手接线串供变电站的某处发生故障导致后级站失电时，自愈系统首先识别出故障位置，然后跳开紧邻故障点失电站的原主供电源开关。若由于小电源的存在而导致失电站母线未达到无压条件时，可切除小电源（小电源可能在35 kV 侧或10 kV 侧，多个站的小电源或一个站有多个小电源，均可同时切除）。在确认紧邻故障点失电站母线无压后，合上串供回路原开环点开关，由另一侧电源站对所有失电站供电。

3 自愈系统框架

自愈系统按分层控制原则配置整个区域保护控制系统。在某一个变电站设置自愈系统主站，在两个电源站及各串供变电站设置子站。自愈系统主站完成自愈逻辑，自愈系统子站向主站输送状态信息并执行主站操作命令，同时完成本变电站的后加速保护功能。

图1 110 kV手拉手接线模式

图2 手拉手接线串供变电站

当线路发生故障时，自愈子站将采集到的信息上传至主站，主站进行故障定位，并向子站发送执行命令，2 s 后自愈子站跳开紧邻故障线路开关。确认跳闸开关变为分位且无流后，经0.1 s合上开环点开关。如合于故障，由合闸后加速保护动作切除故障。合闸后加速保护开放时间为3 s，之后,合闸后加速保护自动退出，在此期间内若该保护启动，则一直开放到故障切除。

自愈系统框架如图3所示：

每个子站装置PCS-998S 将采集到的本站内的模拟量（如母线有压、无压信号和进线有流、无流信号等）转化为开关量，与采集到的开入量一起，通过多模光纤与本站交换机以GOOSE 方式进行通信，最终传送至主站装置PCS-998M。主站装置PCS-998M 接收所有子站信息。当电网发生故障时，进行综合判断，将相应开关跳合闸命令通过交换机以GOOSE 方式传送到各子站装置,然后由子站将跳合闸命令输出到传统跳合闸回路动作开关，实现自愈。站间交换机通过专用光纤进行串联通讯。

4 自愈系统主站与子站的交互信息

子站采集并上送主站母线状态信息及判据，见表1所示。

表1 子站采集并上送主站母线状态信息及判据

子站采集并上送主站线路信息及判据，如表2所示。

表2 线路状态信息及判据

图3 自愈系统框架图

主站下发给子站的跳合闸命令，见表3。

表3 主站下发给子站的跳合闸命令

5 自愈系统和就地常规备自投装置的关系

如图4 所示的串供回路中，220 kV 电源站A、B的110 kV侧配置了备自投装置，整定动作时间一般3～4 s。110 kV站C、D、E的110 kV侧无备自投装置，而10 kV侧均配置了备自投装置，整定动作时间一般2.5～3 s。

如果串供回路110 kV 电压等级发生故障，则自愈系统可通过时间整定而优先动作，动作时间误差为ms 级。如自愈系统动作成功，110 kV 失电站即可恢复供电，其10 kV 侧备自投装置自动返回不动作。如自愈系统动作不成功，110 kV 失电站的10 kV侧备自投装置会接着动作。

如果串供回路电源站A 或B 上级失电，则其110 kV 侧备自投装置动作。由于自愈系统整定时间短，自愈系统会先于电源站A或B的110 kV侧备自投装置动作。

6 自愈系统与保护之间的关系

将原就地配置的光纤纵差保护和新配置的母线保护接入到子站装置，再上传至主站。该信号是启动或闭锁自愈系统的重要判据，开断点母差动作闭锁自愈，非开断点母差动作不闭锁自愈。

7 自愈系统逻辑

对手拉手接线串供回路，开环点开关位置不同，其运行方式就不同。自愈系统能自动识别串供回路开环点位置，当发生不同点故障时，根据逻辑自动快速恢复供电。

当手拉手接线串供回路运行状态满足预设运行方式时，自愈系统满足充电条件，并完成充电准备。当开关偷跳或故障时，自愈系统进行故障定位，整组启动，等待跳闸延时后执行隔离故障的跳闸命令。确认跳闸开关分位无流后，如失电站母线有残压则发出联跳小电源的命令，然后再等待合闸延时后合上开环点开关。

自愈系统故障定位逻辑判据包括：

1)保护动作：包括线路光纤纵差保护和母差保护，判定为保护范围内发生故障；

2)串供线路非开环点开关分位，线路无流：如果该开关分位无流前既无故障相电流，也无故障零序电流或负序电流，则判该开关为偷跳；如果该开关分位无流前有故障相电流（即开关变位前100 ms内，流过开关的相电流大于故障相电流定值持续超过10 ms），且该开关线路对侧开关在同一时刻无故障相电流，或有故障相电流但方向是流向线路的，则故障在这两个开关之间；如果该开关分位无流前有故障零序电流（即开关变位前100 ms内，流过开关的零序电流大于故障零序电流定值持续超过10 ms），且该开关线路对侧开关在同一时刻无故障零序电流，则故障在这两个开关之间，否则，判定是下一级线路发生故障；如果该开关分位无流前有故障负序电流（即开关变位前100 ms内，流过开关的负序电流大于故障负序电流定值持续超过10 ms），且该开关线路对侧开关在同一时刻无故障负序电流，则故障在这两个开关之间，否则，判定是下一级线路发生故障。